专利名称：生产涡轮机构件用防护涂层的方法、该构件及相应的机器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生产涡轮机构件用的防护涂层的方法。此外，本发明涉及其 上涂敷有此类涂层的构件，以及相应的涡轮机。
背景技术：
在研发用于离心式压缩机的新系列钢制三维离心转子期间，出现了使用较轻的合金来制造转子本身的需求。关于使用较轻的合金来制造离心转子的一个主要缺陷通常在于，转子易受高速运 动的流体能够施加的侵蚀作用，尤其是如果该流体包含液体或固体的颗粒。在使用传统材 料制造转子的情况下，这种侵蚀现象通常具有可以忽略的量，但对于由轻合金制成的转子 而言，因为此类材料有限的硬度和耐侵蚀性，侵蚀现象的量很高且可能是灾难性的。该现象 还会由于可能存在由流体所输送的冷凝部分或液体部分，或固体颗粒而进一步恶化。其在 强侵蚀性环境中的使用还可导致腐蚀现象的出现。简言之，用语“侵蚀”是指其效果为通过外部流体介质、气体或液体逐渐去除材料 的现象，且其通常在由化学或物理过程所产生的变化的同时或之后发生。此外，用语“磨损” 可用来指其效果为通过固体外部介质逐渐去除材料的现象。作为替代，“腐蚀”是通过金属 暴露于其下的其它元素而劣化或重组的过程。事实上，金属相对于对应的矿物而言处于较 高的能量级，且因此在给定的环境条件下，它们易受到腐蚀。腐蚀过程可根据确定该过程的 各种化学/物理机制而分类。例如，可发生化学腐蚀或干燥环境中的纯化学腐蚀、晶间腐蚀 或粒间腐蚀、电流腐蚀或电化学腐蚀，或在潮湿环境中，或其它类型的腐蚀。另一个困难在于如下事实，即离心转子的涂层也必须是“可加工的”，用语“可加工 性”是指其使用特定设备(电化学浴或其它方法)而获得的能力。事实上，此类涂层很薄， 在几微米的数量级上，且它们会易于受损。另一个缺点在于，多层涂层层的布置必须受到精确控制，以保持成品上的设计公 差，同时避免不需要的瑕疵如痕迹、涂层的分层、以及损失由涂层自身所赋予的屏障价值。因此，不管技术发展如何，目前仍然很难达成以下目的且出现了该需求，即也借助 于改善了其机械抵抗性及对侵蚀和腐蚀的抵抗性的特定涂层来获得较轻且有抵抗性的涡 轮机用构件。
发明内容
本发明的第一目的在于，提供一种使用防护涂层来以简单且便宜的方式涂布由轻 合金制成的机械构件，同时获得适于涡轮机中的应用的具有机械和化学抵抗能力的构件的 方法。本发明的另一个目的在于，提供一种适于涡轮机行业中的应用的、具有改善的机 械和化学抵抗能力的轻合金构件和相应的涡轮机。根据本发明的这些目的通过提供一种如本发明技术方案中所述的用于生产防护涂层、构件和涡轮机的方法而达成。根据第一方面，本发明的目的由用来在涡轮机的由轻合金制成的机械构件的待处理表面上获得防护涂层的方法代表，该方法包括以下步骤将抵抗腐蚀的第一涂层层结合到机械构件的待处理的外表面上；将抵抗侵蚀、磨损和高温的第二涂层层结合到所述第一涂层层上。在本发明和所附权利要求书中，用语“防护涂层”用于指在其中包括，或可能重叠 其它中间层的涂层层。最后，涂层可由重叠并可能至少部分地彼此渗入的多个其它层代表。机械构件可为涡轮机的构件，其至少部分地由过程流体冲击，举例来说，该构件例 如为离心式压缩机或膨胀器的转子。在本发明的一个有利实施例中，第一涂层层借助于在待处理的表面上进行阳极氧 化而获得，以便赋予特定的腐蚀抵抗性。通过不可逆的电化学过程来获得阳极氧化或正阳 极氧化，通过该不可逆的电化学过程，在所处理的构件表面上形成相同材料的保护性氧化 层，且防止腐蚀。该材料经历实际的表面转变裸金属与电解沉积过程期间形成在阳极上的 氧气反应，且形成相同金属(在此情形中为铝或氧化铝)的氧化物。沉积材料层的厚度是 可变的。具体而言，对于根据的本发明的涂层而言，厚度可在大约50 μ m至大约100 μ m之 间变化。有利的是，阳极氧化可通过电镀过程在电解浴槽中获得，即，利用电解淀积来用相 同金属的氧化物覆盖构件。在本发明的一个特别有利的实施例中，以封闭在氧化期间可形成的可能的细孔或 微小裂纹的方式涂敷在氧化层上的是通过重铬酸盐水溶液获得的填料或涂层。抵抗侵蚀和磨损的第二涂层层通过基于环氧树脂和硅酮的涂料和树脂(通称为 环氧_硅酮涂料或树脂)外加可能的其它添加剂而有利且优选地获得，举例来说，这些其 它添加剂例如为着色剂、颜料、配合基、溶剂或其它元素，该第二涂层层通过自催化和后续 聚合(在烤箱中)过程而获得。此类环氧-硅酮涂料或树脂的名称也称作“环氧_硅酮涂 料，，。通常，环氧基树脂为通过例如双酚的冷凝而获得的热固性树脂，且其用于生产涂 料、胶合剂、层板、胶水，且还用作带有玻璃纤维和碳的合成物的基质。在工业涂料行业，环 氧树脂以正确的化学计量比与其它组分混合，其它组分与树脂反应来赋予取决于具体应用 的特定的性质。硅酮基树脂为基于硅氧链和束缚到硅原子上的功能性有机基团(R)的硅酮聚合 物(或聚硅氧烷)构成的热固性树脂。取决于硅氧烷链的长度、其分支以及功能性基团，可 获得具有各种特性的多种树脂。具体而言，根据本发明，环氧基树脂适于赋予对磨损和侵蚀的高抵抗性，而其与上 述硅酮基树脂(以及可能与其它添加剂)相混合来获得也特别能抵抗高温(例如，高达大 约 300°C )的末层涂料(final paint)。根据其它方面，本发明涉及包括上述防护涂层的轻合金构件，以及在其上安装了 这些构件中的至少一个的涡轮机。使用轻合金、特别是铝合金来制造离心转子的优点在于，可能显著减小(大约 60%)构件的质量，从而减小轴上的应力和振动。源自减小质量的其它可能的优点在于，增加了压缩机的级的数量和/或增大了转速。此外，通过使用根据本发明的防护涂层而获得 的对腐蚀的高抵抗性允许在比当前环境更具侵蚀性的腐蚀环境中运行。根据本发明的方法的一个优点在于以下事实，即有可能利用防护涂层来涂布轻 合金特别是铝合金的构件，该防护涂层适于使其能够在涡轮机中高效地使用，即使是在特 别具有侵蚀性的腐蚀环境中，举例来说，该环境中具有硫化氢气体、二氧化碳气体或其它气 体。另一个优点在于以下事实，即有可能很容易地涂布具有待处理的特别复杂的表面 的构件，举例来说，例如离心式压缩机或膨胀器的转子的构件。另一个优点在于，生产成本和时间都极低，且继而提高了生产线的生产力。另一个优点在于以下事实，S卩加工质量高，已知电化学沉积易于控制，具有很高的 均勻性和一致的厚度。另一个优点在于以下事实，即该方法极为通用，已知其可通过结合可能的(半)手 动操作如涂抹的自动过程而获得。此外，另一个优点在于以下事实，即由此获得的涂层特别能抵抗腐蚀和侵蚀两者， 容许了即使在具有酸性流体或腐蚀剂的应用场合中使用铝合金构件。此外，根据本发明的 涂层适于还结合其它不同层来最优地使用，以此方式来形成具有更为增强的特性的涂层。此外，很容易使成品保持其原有的流体动态特性，从而在设计步骤期间提供适合 的表面膨胀系数。最后，所述发明容许以上述优点来使用轻合金制造离心式压缩机或膨胀器用的转 子，减少了维护需要，且从而增加了此类构件的使用寿命，且因此增加了此类构件安装于其 上的涡轮机的使用寿命。本发明的其它特征和实施例在所附从属权利要求中进行了概述，且将在下文中参 照实施例的一些非限制性实例进行进一步描述。
结合所附示意性示图，本领域技术人员可更好地理解本发明，而本发明的许多目 的和优点也将更为清楚，附图中示出了本发明本身的实用非限制性实例。在附图中图1未按比例而示意性地示出了根据本发明的防护涂层的一个实施例的截面；图2为图1的涂层的细节的详图；以及图3示出了具有根据本发明的一个实施例的防护涂层的机械构件的局部截面视 图。
具体实施例方式在附图中，其中，相同的标号对应于所有不同示图中的相同部件，根据本发明的防 护涂层10(图1)用于轻合金(特别是但并非必须是铝合金)制成的机械构件12，防护涂层 10包括涂敷到机械构件12的待处理表面16上的抵抗腐蚀的第一涂层层14，以及涂敷到第 一涂层层14上抵抗侵蚀、磨损和高温的第二涂层层18。 在本发明的一个有利实施例中，借助于通过电镀过程的电解浴槽中的阳极氧化而
获得第一涂层层14。
在此情况下，构件12浸入桶中，该桶形成包含水溶液且存在酸的所谓电镀浴槽， 电极浸没于其中来产生电流。以此方式，机械构件12缓慢地涂布上相同材料的薄层。可能 控制氧化层的厚度，该厚度优选地从大约50 μ m至大约IOOym或更大，适宜地调节浴槽工 作的电流密度并了解沉积速度。将观察到的是，图1和图2并未按比例，且因此层14和18 的厚度仅为了指示的目的而示出。随后，构件12优选地浸没在含有重铬酸盐的水溶液中，从而进行萃取和干燥，以此方式，重铬酸盐密封或至少部分地封闭可能形成在阳极氧化物层中的细孔或微小裂纹 20 (图2)。这些细孔或微小裂纹20否则会容许过程流体的腐蚀剂到达并损坏构件12的铝合金。这允许以简单且便宜的方式形成特别能抵抗腐蚀的第一层14(包括阳极氧化和 使用重铬酸盐密封)，且甚至在特别复杂的待处理表面16 (如离心转子12(图3)中的那些 表面)上也能够容易地获得。随后，通过将第二涂层层18涂敷到其上来覆盖该第一层14，如前文所述，第二涂 层层18借助于抵抗侵蚀、磨损和高温的环氧_硅酮型涂料或树脂而获得。此类涂料或树脂可能没有有毒成分，有毒成分举例来说例如为二甲苯和甲苯，且 在提供了适当的干燥和聚合步骤的情况下，其甚至可在待处理的表面上喷涂和涂覆若干 次。上述类型的涂料或树脂可以是定义为“Indestructible PaintLimited(UK)，，的 "coating IP9188R1” 的一种涂料等。此外，还可能提供一些预备步骤来为后续操作准备构件12的表面。具体而言，可提供以下操作以改善其表面机械特性及其机械抵抗性的方式处理该表面，例如通过喷砂来降低 张力状态，且改善材料对疲劳的抵抗性；对于可能的化学除油操作，使用气相的溶剂或清洁 剂或进行浸没来对机械构件进行除油操作；遮蔽表面上不想进行涂布的可能区域，例如，离心转子的键孔；在浴中进行酸活化，例如具有适于此类合金的成分的镀锌过程。还可能在阳极氧化之后并在涂敷第二层18之前以为后续处理准备该表面的方式 提供一些子步骤。例如，为了除去阳极氧化期间所吸收的氢基质，且同时改善其粘附力，可为先前处 理的表面提供脱氢。此类处理的持续时间取决于铝合金的机械抵抗性特性。在涂层受损的 情况下，举例来说，例如小刮痕或漏涂，可通过基于铬盐来对铝合金应用铬酸盐处理而提供 修复。在本发明的一个特别有利的实施例中，制造机械构件12的轻合金为适合用于获 得此类构件的任何铝合金。下面的两个表格严格地出于示例的目的示出了可用来获得此类构件12的两种铝 合金(根据国际ASTM B 247M标准的7175-T74和7050-T7452)的成分 图3未按比例示出了涂布有根据本发明的上述涂层10的离心式压缩机或膨胀器 的离心转子12的部分截面。应当观察到的是，待处理的表面12包括除轴24的键孔22之 外的转子12的外表面和内表面(即，内部通路)两者。因此已经观察到根据本发明的用于生产涡轮机的构件用防护涂层的方法达成了 前文所概述的目的。应当理解的是，以上概括的描述仅代表本发明的可能的非限制性实施例，这些非 限制性实施例也可在不脱离本发明所基于的构想的情况下在形状和布置上有所变化。所附 权利要求中存在的参考标号所具有的唯一目的在于便于根据以上描述和附图来阅读，且其 并不以任何方式限制其保护范围。
权利要求
一种用于在涡轮机的轻合金机械构件(12)的待处理表面(16)上获得防护涂层(10)的方法，所述方法包括将抵抗腐蚀的第一涂层层(14)结合到所述机械构件(12)的所述待处理表面(16)上；以及将抵抗侵蚀、磨损和高温的第二涂层层(18)结合到所述第一涂层层(14)上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一涂层层(14)借助于以下步骤中的至少一个步骤来获得以在所述待处理表面(16)上赋予高腐蚀抵抗性的方式将阳极氧化提供在所述待处理 表面(16)上；以及以封闭可在所述阳极氧化中形成的任何细孔或微小裂纹(20)的方式将用所述阳极氧 化处理的所述机械构件(12)浸入重铬酸盐水溶液中。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述阳极氧化在电解浴槽中进行。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述阳极氧化通过电镀过程进行。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二涂层层(18)通过将抵抗侵蚀、磨 损和高温的树脂或涂料涂敷到所述第一涂层层(14)上而获得。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二涂层层(18)借助于通过将至少一种环氧基树脂和一种硅酮基树脂以及可能的其它添加剂相混合而获得的环氧-硅酮型 树脂或涂料而获得。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述阳极氧化之后和 涂敷所述第二涂层层(18)之前的以下步骤中的至少一个步骤对先前处理的所述表面(16)进行脱氢，以便从基质上除去所述阳极氧化期间吸收的 氢，且同时改善其粘附力；以及通过基于铬盐对铝合金应用铬酸盐处理来修复先前处理的所述表面(16)。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下预备步骤中至少一 个步骤以改善所述表面(16)的机械表面特性及其机械抵抗性的方式处理所述表面(16)；为了可能的化学除油操作，利用气相的溶剂或清洁剂或通过浸泡来对所述机械构件 (12)进行除油；遮蔽所述表面(16)上不应涂布的可能区域；执行具有适合用于制造所述机械构件(12)的所述合金类型的成分的酸活化。
9.一种用于涡轮机的机械构件(12)，所述构件由铝合金制成，且包括通过权利要求1 所述的方法获得的防护涂层(10)。
10.一种包括如权利要求9所述的至少一个机械构件(12)的涡轮机。
全文摘要
本发明涉及生产涡轮机构件用防护涂层的方法、该构件及相应的机器，具体而言，涉及用于在涡轮机的轻合金机械构件(12)的待处理表面(16)上获得防护涂层(10)的方法。该方法包括将抵抗腐蚀的第一涂层层(14)结合到机械构件(12)的待处理表面(16)上，以及将抵抗侵蚀、磨损和高温的第二涂层层(18)结合到第一涂层层(14)上。
文档编号C25D11/04GK101838833SQ20101015714
公开日2010年9月22日 申请日期2010年3月16日 优先权日2009年3月17日
发明者A·阿万兹尼, E·焦尔尼, I·焦万内蒂, M·加诺兹, R·保莱蒂 申请人:诺沃皮尼奥内有限公司